РЕГУЛЯТОР ОБОРОТОВ (ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ): Настройка GAIN и STABILITY.
Alisher EshimbetovНа примере электронного регулятора частоты вращения GAC ESD-5500/5500E.
Для начала пару слов о внешней характеристике регуляторов частоты вращения ДВС - это зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки на нем. Частота вращения является РЕГУЛИРУЕМЫМ параметром, а нагрузка - возмущающим воздействием.
ЗАКОНЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ.
Автоматические регуляторы частоты вращения осуществляют свою работу на основе законов регулирования: пропорционального, интегрального и дифференциального.
Законом регулирования называется математическая ЗАВИСИМОСТЬ выходного воздействия регулятора на объект регулирования (например, перемещение рейки топливных насосов) от ИЗМЕНЕНИЯ входного сигнала (изменение частоты вращения ДВС), получаемого регулятором от объекта регулирования.
ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ ЗАКОН.
"ВЕЛИЧИНА выходного воздействия регулятора пропорциональна ВЕЛИЧИНЕ изменения входного сигнала!"
Перемещение рейки топливных насосов (далее ТНВД) у регуляторов, осуществляющих регулирование по этому закону, пропорционально изменению частоты вращения двигателя. Т.е. чем больше величина отклонения частоты вращения, тем на большую величину переместится топливная рейка.
ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ЗАКОН.
"СКОРОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ выходного воздействия регулятора пропорциональна ВЕЛИЧИНЕ изменения входного сигнала!"
Здесь отклонение частоты вращения влияет только на скорость перемещения рейки ТНВД: чем больше отклонение частоты, тем быстрее переместится рейка.
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЗАКОН.
"ВЕЛИЧИНА выходного воздействия регулятора пропорциональна СКОРОСТИ изменения входного сигнала!"
В этом регуляторе перемещение рейки ТНВД пропорционально только скорости изменения частоты вращения двигателя. Чем быстрее изменится (не важно на какую величину) частота, тем на большую величину переместится топливная рейка.
НА ПРАКТИКЕ.
На практике чаще всего встречаются ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЕ и ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНЫЕ регуляторы частоты вращения ДВС, в котором изменение частоты вращения влияет и на величину, и на скорость перемещения рейки топливных насосов.
Регулятор ESD-5500/5500E от компании GAC.
Это электронный ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНЫЙ регулятор частоты вращения ДВС непрямого действия (рис.1). В нем есть возможность регулировки и коэффициента пропорциональности, и времени интегрирования, поэтому он и является пропорционально-интегральным регулятором, который осуществляет регулирования по двум законам.
Производит эти регуляторы компания GOVERNORS AMERICA CORP.
И встречаются они довольно часто. Лично мне они попадались на таких дизелях как Cummins, Volvo Penta, Deutz, Man&BW и на модернизациях советских морских дизелей в качестве своеобразной интеграции )))
Можно сказать, что этот регулятор включает в себя четыре основных элемента:
- чувствительный элемент;
- элемент сравнения;
- задающий элемент;
- элемент усиления.
Посмотрите на рис.2.
Как видно из функциональной блок диаграммы, регулятор получает входной сигнал (частота вращения коленчатого вала ДВС) от датчика скорости Speed Pickup Sensor и в зависимости от него вырабатывает выходной сигнал (перемещение рейки топливных насосов) на регулирующий орган ACTUATOR.
Чувствительный элемент регулятора (рис.3.) непрерывно измеряет частоту вращения коленчатого вала и преобразует величину замеряемого параметра в выходной сигнал чувствительного элемента (в данном случае в электрический сигнал).
Задающий элемент подает на регулятор сигнал задания (уставку), по которому регулятор понимает какую частоту вращения ему необходимо поддерживать. Если конкретно говорить на примере по блок диаграмме моего Дизель-Генератора (рис.2.), то сигнал задания на регулятор поступает от системы PMS (Power Managment System), построенной на контроллерах дизель-генераторов Deif (рис.4 и 5).
Элемент сравнения (внутри регулятора) сравнивает получаемые встречные сигналы чувствительного элемента и задающего элемента. При неравенстве сигналов элемент сравнения вырабатывает выходной сигнал, который передается на усилительный элемент. При равенстве получаемых сигналов на элементе сравнения, выходной сигнал рассогласования равен нулю. Т.е. регулятор не подает выходного воздействия на регулирующий орган и рейка топливных насосов не перемещается.
Усилительный элемент дополнительно вводится в схему регуляторов НЕПРЯМОГО действия. И служит для усиления выходного сигнала рассогласования с элемента сравнения. Усиленный выходной сигнал рассогласования с усилительного элемента передается на регулирующий орган (АКТУАТОР), который перемещает топливную рейку, тем самым изменяя подачу топлива в двигатель и частоту его вращения.
НАСТРОЙКА.
Не будем вдаваться в подробности теории автоматических систем регулирования частоты вращения ДВС и писать о том, что при изменении нагрузки на валу двигателя изменяется и параметр, характеризующий эту нагрузку, т.е. частота вращения. Что в результате этого изменяется величина выходного сигнала с чувствительного элемента (датчика скорости), вследствие чего элемент сравнения в регуляторе вырабатывает сигнал рассогласования, который затем усиливается и передается на регулирующий орган (актуатор), который изменяет подачу топлива в цилиндры двигателя и частота вращения начнет изменяться в сторону приближения к заданному значению с задающего элемента. Также не будем писать про статизм внешней характеристики, статическую ошибку и т.д. - условимся, что Вам это уже все рассказывали в Ваших учебных заведениях, ну а я потом сделаю лучше об этом ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ.
Перейдем непосредственно к настройкам потенциометров GAIN и STABILITY. Каждую настройку будем рассматривать в отдельности друг от друга, как будто бы у нас два регулятора: один только с потенциометром GAIN, а второй - только с потенциометром STABILITY.
GAIN.
Потенциометром GAIN настраивается коэффициент пропорциональности в теории...
GAIN - это РЕАКЦИЯ регулятора. Чем выше эта настройка, тем больше реакция регулятора на изменение частоты вращения двигателя. Если говорить техническим языком, то чем выше GAIN при одном и том же изменении входной величины (частоты вращения), тем выше величина выходного воздействия регулятора на регулирующий орган (актуатор), который переместит рейку топливных насосов на боОольшую величину.
Что нам даст увеличение реакции регулятора? Допустим, Вы подключаете на шины ГРЩ мощную нагрузку (какой-нибудь подруль). При настройке Gain G1, например, просадка частоты вращения дизель-генератора в момент включения мощной нагрузки будет равно dN1 (дельта N1). Если, к примеру, увеличить настройку Gain вдвое (Gain G2), то реакция регулятора также увеличится примерно вдвое. Для восстановления частоты вращения регулятор подаст вдвое больше топлива в цилиндры. Это приведет к тому, что теперь при включении все того же мощного потребителя просадка частоты вращения dN2 будет меньше (рис.6)!
Представьте, что Вы - пилот болида Формулы-1. Если на повороте Вы среагируете недостаточно, повернете штурвал на малый угол - Вы не войдете в поворот ))) Хочешь повернуть штурвал на боОольший угол - увеличь настройку GAIN!
Конечно, увеличивать настройку GAIN до максимума нельзя: зону нечувствительности, инерционность системы, перерегулирования (забросы), автоколебания и остальные отрицательные последствия повышенного GAIN'а никто не отменял. Найдите оптимальную настройку, когда и просадки частоты вращения не слишком большие, но и Ваш дизель работает на стабильных оборотах.
STABILITY.
Потенциометром STABILITY настраивается время интегрирования в теории...
Как же сказать-то попроще... В общем, это время, за которое выходное воздействие автоматического регулятора частоты вращения изменится от МИНИМАЛЬНОГО своего значения до МАКСИМАЛЬНОГО. Еще проще говоря, потенциометром STABILITY настраивается СКОРОСТЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ рейки топливных насосов.
Представьте себе, что Вы - опять пилот болида Формулы-1. Время, за которое Вы успеете повернуть штурвал болида из центрального положения в крайнее правое (или левое), и есть то время, которое настраивается потенциометром STABILITY. Чем НИЖЕ в данном случае настройка STABILITY, тем быстрее Вы повернете руль в крайнее положение (время меньше же). На что это влияет? На время ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА, т.е. на время, за которое регулятор восстановит частоту вращения двигателя до заданных оборотов (рис.7).
Поворачивая потенциометр STABILITY по часовой стрелке, кстати, Вы уменьшаете время интегрирования )))
Допустим, при настройке S1 (рис.7) у Вас дизель-генератор после подключения мощного потребителя долго восстанавливает частоту (ну как долго, это ж на самом деле все тактильно на ощущениях старшего механика, как говорится). Если уменьшить время интегрирования вдвое, то при подключении все того же мощного потребителя рейка топливных насосов под действием регулятора будет перемещаться вдвое быстрее в сторону увеличения подачи топлива от своего первоначального положения. Тем самым, частота вращения двигателя вернется к заданному значению БЫСТРЕЕ.
Слишком маАалое время интегрирования также приводит к таким отрицательным последствиям как автоколебания, нестабильные обороты. Так что тут тоже нужно знать меру.
ОПТИМАЛЬНЫЕ НАСТРОЙКИ.
Согласно руководства по эксплуатации регулятора, оптимальные настройки GAIN и STABILITY выставляются следующим образом:
- Set the potentiometers “GAIN” and “STABILITY” in the control unit to the center position.
- Run the engine without load and turn the “GAIN” control clockwise until instability occurs. Then turn back the control until stability is obtained and then an additional 1/8 turn.
- Adjust the “STABILITY” control in the same way as for the gain above.
Я специально оставил текст настроек на оригинальном языке, чтобы избежать неправильного перевода с моей стороны. Improve your English, как говорится )))
Если Вам понравились мои статьи, напишите об этом в своих комментариях под ними. Чтобы я мог понять для себя стоит мне их писать вообще или нет )))
BRGDS,
Alisher K. Eshimbetov.
Electro-Technical Officer (ETO).
Подписывайтесь на наш Телеграм чат взаимопомощи коллег по ссылке:
А также на мой YouTube канал: https://www.youtube.com/c/ILLUMINATOR16061988.